DGIST 연구팀, 반도체 공정 정전기 방지 기술 개발

DGIST 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀이 삼성전자 생산기술연구소 승완철 박사와 공동연구를 통해 마찰대전 발전소자를 활용해 정전기를 방지하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 더 쉽고 효율적으로 정전기를 방지할 수 있으며 마찰대전 발전소자의 응용 범위를 확대해 상용화가 가능할 것으로 기대된다.

최근 반도체 및 소형 전자부품의 지속적인 발달로 인해 작은 부품들에 피해를 입혀 불량률을 높이는 정전기 방지에 대한 관심도 지속적으로 증가하고 있다. 현재 회사들은 정전기 방지를 위해서 유선 접지 팔찌, 정전기 방지 매트, 신발 및 이오나이저 등 여러 정전기 방지 제품들을 복합적으로 사용 중이다. 그러나 이러한 방식들은 높은 설비 비용을 필요로 하거나 작업에 불편함을 주어 효율적이며 간편한 정전기 방지 방식이 필요하다.

특히 연구팀은 정전기가 발생하는 원인에 대해 집중했다. 보통 사람의 신체에서 발생하는 정전기는 사람의 신체가 다른 물체와 접촉할 때 서로의 전위차이로 인해 발생한다. 이 전위차이를 일으키는 원인은 최근 연구된 물질 간의 마찰대전 시리즈에서 찾을 수 있다. 사람의 피부는 마찰대전 시리즈의 양극(+)에 위치해있고 그에 따라 신발, 옷감 등 일상생활에서 사용하는 다른 물질과 접촉했을 때 양전하(양극)로 대전되게 된다.

따라서 인체의 전위는 양극(+)으로 손쉽게 높아지게 되고 높아진 전위에 의해 정전기가 발생하게 된다. 실제로 연구팀이 측정한 결과 약 10초 정도의 걸음으로도 인체 전위는 100V 이상 상승했다.

이를 해결하기 위해 인체에 음전하(음극)를 넣어주는 방식을 고안했다. 마찰대전 에너지 발전소자를 이용하면 몸이 움직이거나 걸을 때 발생하는 물리적 에너지를 전기에너지로 변환이 가능하고, 정류기를 통해 음전하(음극)를 몸에 제공할 수 있다. 이를 통해 실제로 인체 전위가 음전위로 감소함을 확인했다.

그리고 인체 전위의 감소는 마찰대전 발전소자의 출력(전압, 전류, 전하량) 및 방전체의 종류, 표면적에 따라 속도가 달라지는 것을 확인했는데, 이런 변인들을 이용해 적절한 마찰대전 발전소자를 가진 정전기 방지 시스템을 신발 밑창에 적용했고 인체 전위의 상승 방지를 확인했다. 이는 기존 시중에서 판매되는 무선 정전기 방지 팔찌보다 매우 높은 효율을 나타내었다.

이주혁 교수는 “이번 연구는 기존 정전기 방지 설비 대비 매우 저렴하며 작업에 불편함을 주지 않고 효율적으로 정전기를 방지할 수 있을 것으로 예상돼 상용화가 가능할 것으로 생각된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)의 지원을 통해 진행됐으며, 에너지 공학 분야의 저명 국제 학술지 중의 하나인 'Nano Energy'에 게재(제1저자 : 에너지공학과 이철재 석박통합과정생)됐다.
황보문옥 기자